水表檢定裝置存在的問題及解決方案

福建省計量科學研究院

0 引言

水表檢定裝置可以是啟停容積法、靜態(tài)容積法、啟停質(zhì)量法、靜態(tài)質(zhì)量法或標準表法等的液體流量標準裝置。水表示值誤差檢定應在常用流量Q3、分界流量Q2和最小流量Q1三個流量點進行檢定[1]，目前常用水表檢定裝置主要以啟停容積法和啟停質(zhì)量法為主，而示值讀取方式主要為人工讀取、攝像頭自動讀取、紅外感應讀取和脈沖信號采集讀取。各類不同測試方法的檢定裝置各有其優(yōu)點，又各有其局限性。攝像頭自動讀取方式示值穩(wěn)定、可靠，但當被檢表指針被部分遮擋時就無法使用此種方法；紅外感應自動讀取在示值的穩(wěn)定性上較差，但對不同水表檢定的適應性較強；而脈沖信號采集讀取只能針對少數(shù)脈沖式水表進行檢定[2]。本文要介紹的12表位啟停容積法攝像頭自動讀取示值冷水水表檢定裝置屬于啟停容積法、攝像頭自動讀取示值的。

1 裝置組成及工作原理

該水表檢定裝置由水泵、穩(wěn)壓罐、試驗管路、標準量器（浮子流量計）、標準罐（帶標度分度尺）以及水槽組成。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

裝置的工作原理：按要求將被檢水表安裝到試驗管路中，啟動液體循環(huán)系統(tǒng)。當液體以穩(wěn)定壓力的流量同時流入被檢水表和標準工作量器時，調(diào)節(jié)標準量器至待測液體以某一穩(wěn)定流速流動時關(guān)閉其底部閥門并記錄水表當前示值；當達到標準器標度分度尺某一分度時再同步記錄水表及標準器相應示值。根據(jù)記錄計算出在檢定時間內(nèi)流入標準工作量器的液體體積及水表的輸出流量值，從而確定被檢水表的計量特性。

圖1 水表裝置結(jié)構(gòu)

2 水表檢定裝置存在的問題及解決方法

2.1 水表檢定裝置的發(fā)展及存在的問題

機械式水表是目前使用最廣泛的水表類別。機械式水表的誤差檢定有很長的歷史，其中傳統(tǒng)水表計量檢測存在一定的問題：1）水表計量檢測多數(shù)采用人工檢測作為基本方法，即通過人工讀取并比較被測水表的流量值和標準流量值，實現(xiàn)水表的計量檢測；2）傳統(tǒng)水表檢定裝置自動化程度較低，可靠性差，檢定過程耗時長（整個檢測須耗時1 h左右）；3）檢測過程中示值讀取、記錄、計算均需人工完成，易受人為因素影響，引入不確定度分量[3]。

為了解決傳統(tǒng)水表計量檢測存在的種種問題，國內(nèi)外對此展開了一系列的研究。目前主要的檢測方法是基于機器視覺以及圖像采集技術(shù)，利用光電傳感器采集并識別被測水表示值，這種檢測方法自動化程度大大提高，但是仍然存在一些弊端，在檢定過程中檢測時間長，工作效率低。

目前使用的12表位啟停容積法攝像頭自動讀取示值冷水水表檢定裝置存在的主要問題是，在開始檢定之前要調(diào)節(jié)攝像頭對準被檢水表表盤并調(diào)焦至清晰，每個攝像頭調(diào)節(jié)得花費幾分鐘的時間，并且每檢定完一批水表重新安裝另一批時夾表位置會有少許變動，這樣就需要重新調(diào)焦。另一方面，在檢定過程中會由于振動使得攝像頭偏離水表而不得不又重新調(diào)整，如此一來雖然克服了人工讀取示值的弊端，提高了記錄數(shù)據(jù)的精準，但攝像頭的調(diào)節(jié)占用了檢定的大部分時間，使得檢定效率大大降低。

2.2 解決方案

為了解決在檢定過程中快速定位的問題，本文提出一種采用反射鏡光學結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)光路同軸回歸的反射式激光傳感器，結(jié)構(gòu)如圖3所示。通過固定裝置(可橫向調(diào)節(jié))安裝在水表表盤上，并可根據(jù)不同水表始動元件位置進行橫向調(diào)節(jié)，使傳感器發(fā)射的激光瞄準始動元件邊緣并返回脈沖數(shù)據(jù)。根據(jù)水表的機械原理，由于葉輪轉(zhuǎn)速與始動元件轉(zhuǎn)速成正比，利用傳感器獲取始動元件的轉(zhuǎn)速（水表實物如圖2所示），就可以通過計算獲得葉輪的轉(zhuǎn)速，從而可以得到通過被檢水表的流量。在使用時，首先根據(jù)始動元件與水表中心的距離調(diào)整內(nèi)部傳感器支架的橫向位置，然后旋轉(zhuǎn)傳感器瞄準裝置使指示方向與中心方向重合，即視為傳感器已經(jīng)瞄準，開始進行檢測[3]。整個系統(tǒng)的檢測時間相比攝像頭自動檢定裝置大大降低；由人為因素引起的示值誤差也可以減到最小，相應的勞動強度也大為下降，精度提高。改進后的裝置結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖2 水表表盤

圖3 激光傳感器的光學原理

圖4 基于激光傳感器快速定位的水表檢定裝置

3 結(jié)語

機械式水表在出廠前以及工業(yè)現(xiàn)場長時間使用后，都要進行誤差檢定和誤差校正。且水表都是大批量生產(chǎn)，可見這種裝置的推廣會為企業(yè)和法定計量檢定單位節(jié)省更多的時間，大大提高檢定/檢測效率。接下來需要進一步解決的問題是將此方案投入試驗、使用。

[1]全國流量容量計量技術(shù)委員會.JJG 162-2009冷水水表檢定規(guī)程[S].北京：中國計量出版社，2009.

[2]費平，陳嵐，朱海東.冷水水表多表式檢定方法[J].上海計量測試，2017（01）：30-33.

[3]李軼凡，孔明.機械水表計量誤差檢測及快速校正裝置[D].中國計量學院，2012.

[4]韓昆.一種智能化水表檢定臺自動檢測、調(diào)整流量的方法[J].工業(yè)計量，2011（S1）：153-153.